2017-2018-1 20155338 信息安全系統設計基礎》實驗五 通信協議設計

實驗要求：

任務一：Linux下OpenSSL的安裝與使用

在Ubuntu中完成（http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html)中的作業

兩人一組：

1、基於Socket實現TCP通信，一人實現服務器，一人實現客戶端

2、研究OpenSSL算法，測試對稱算法中的AES，非對稱算法中的RSA，Hash算法中的MD5

3、選用合適的算法，基於混合密碼系統實現對TCP通信進行機密性、完整性保護。

4、學有余力者，對系統進行安全性分析和改進。

1、完成過程：

1、通過老師提供的鏈接進行下載Linux下OpenSSL的安裝與使用，並安裝

2、安裝成功後用命令行解壓

3、解壓源代碼：tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz

4、進入源代碼目錄：cd openssl-1.1.0-pre1

5、使用下列命令編譯安裝：

./config
make
make test
make install

6、完成上述步驟，openssl-1.1.0就安裝好了。

• 編寫一個測試代碼test_openssl.c：

#include <stdio.h>
#include <openssl/evp.h>

int main(){
    
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    
    return 0;
}
 

然後進行編譯並運行：

gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread

echo $?

“-L”之後指定的是鏈接庫的路徑，由於要導入OpenSSL所以使用-lcrypto參數

運行結果如下：

return 0了則說明安裝成功。

2、基於Socket實現TCP通信

socket的基本操作:

socket()函數、bind()函數、listen()、connect()函數、accept()函數、read()、write()函數等。

• bind()函數把一個地址族中的特定地址賦給socket。例如對應AF_INET、AF_INET6就是把一個ipv4或ipv6地址和端口號組合賦給socket。

• TCP服務器端依次調用socket()、bind()、listen()之後，就會監聽指定的socket地址了。

運行截圖如下：

3、通過openssl測試密碼算法（上傳到藍墨雲上的作業中圖片可能不是很清晰，但放的也是原圖，不知是什麽原因，這裏放上清晰的）

這裏我選擇了非對稱密碼算法的RSA，Hash算法中的MD5。

測試RSA：

• 創建一個文本文件，裏面輸入123456：**openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass file:passwd.txt**

• 生成rsa私鑰文件：openssl genrsa -out rsaprivatekey.pem 1024

• 生成公鑰文件，指明輸出文件是公鑰文件：openssl rsa -in rsa_private_key.pem -pubou -out rsa_private_key.pem

• 用公鑰匙rsa_private_key.pem加密文件readme.txt，輸出到文件hello.en:openssl rsautl -encrypt -in readme.txt -inkey rsa_private_key.pem -pubin -out hello.en

• 使用私鑰匙rsa_private_key.pem解密密文hello.en輸出到文件hello.de: openssl rsautl -decrypt -in hello.en -inkey rsa_private_key.pem -pubin -out hello. de

結果如下：

測試md5：

echo "plain.txt" | openssl dgst -md5

結果如下：

任務二：

• 在Ubuntu中實現對實驗二中的“wc服務器”通過混合密碼系統進行防護

• 提交測試截圖
  

基於OpenSSL的程序都要遵循以下幾個步驟：

（1）、OpenSSL初始化：

在使用OpenSSL之前，必須進行相應的協議初始化工作，可以通過下面的函數實現：

int SSL_library_int(void);

（2）選擇會話協議：

在利用OpenSSL開始SSL會話之前，需要為客戶端和服務器制定本次會話采用的協議，目前能夠使用的協議包括TLSv1.0、SSLv2、SSLv3、SSLv2/v3。
需要註意的是，客戶端和服務器必須使用相互兼容的協議，否則SSL會話將無法正常進行。

（3）創建會話環境：

在OpenSSL中創建的SSL會話環境稱為CTX，使用不同的協議會話，其環境也不一樣的。

• 申請SSL會話環境的OpenSSL函數是：

SSL_CTX SSL_CTX_new(SSL_METHOD method);

當SSL會話環境申請成功後，還要根據實際的需要設置CTX的屬性，通常的設置是指定SSL握手階段證書的驗證方式和加載自己的證書。

• 制定證書驗證方式的函數是：

   int SSL_CTX_set_verify(SSL_CTX *ctx,int mode,int(*verify_callback),int(X509_STORE_CTX *));
   

• 為SSL會話環境加載CA證書的函數是：

   SSL_CTX_load_verify_location(SSL_CTX *ctx,const char *Cafile,const char *Capath);
   

• 為SSL會話加載用戶證書的函數是：

   SSL_CTX_use_certificate_file(SSL_CTX *ctx, const char *file,int type);
   

• 為SSL會話加載用戶私鑰的函數是：

   SSL_CTX_use_PrivateKey_file(SSL_CTX *ctx,const char* file,int type);
   

• 在將證書和私鑰加載到SSL會話環境之後，就可以調用下面的函數來驗證私鑰和證書是否相符：

   int SSL_CTX_check_private_key(SSL_CTX *ctx);

（4）建立SSL套接字

SSL套接字是建立在普通的TCP套接字基礎之上，在建立SSL套接字時可以使用下面的一些函數：

SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx);//申請一個SSL套接字

int SSL_set_fd(SSL *ssl,int fd);)//綁定讀寫套接字

int SSL_set_rfd(SSL *ssl,int fd);//綁定只讀套接字

int SSL_set_wfd(SSL *ssl,int fd);//綁定只寫套接字

（5）完成SSL握手

在成功創建SSL套接字後，客戶端應使用函數SSL_connect( )替代傳統的函數connect( )來完成握手過程:

 int SSL_connect(SSL *ssl);
 

而對服務器來講，則應使用函數SSL_ accept ( )替代傳統的函數accept ( )來完成握手過程:

int SSL_accept(SSL *ssl);

握手過程完成之後，通常需要詢問通信雙方的證書信息，以便進行相應的驗證，這可以借助於下面的函數來實現:

X509 *SSL_get_peer_certificate(SSL *ssl);

該函數可以從SSL套接字中提取對方的證書信息，這些信息已經被SSL驗證過了。

X509_NAME *X509_get_subject_name(X509 *a);

該函數得到證書所用者的名字。

（6）進行數據傳輸

當SSL握手完成之後，就可以進行安全的數據傳輸了，在數據傳輸階段，需要使用SSL_read( )和SSL_write( )來替代傳統的read( )和write( )函數，來完成對套接字的讀寫操作：

int SSL_read(SSL *ssl,void *buf,int num);
int SSL_write(SSL *ssl,const void *buf,int num);

（7）結束SSL通信

當客戶端和服務器之間的數據通信完成之後，調用下面的函數來釋放已經申請的SSL資源：

int SSL_shutdown(SSL *ssl);
void SSl_free(SSL *ssl);
void SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx);

運行截圖：

參考資料：

openssl證書生產過程

Linux 中的 Openssl命令及實例代碼

OpenSSL程序編寫步驟

2017-2018-1 20155338 信息安全系統設計基礎》實驗五 通信協議設計